純電動汽車動力參數匹配及優化

摘 要：在全球能源結構轉型中，純電動汽車已經成為交通運輸領域重要的發展方向。作為純電動汽車的重要組成部分，傳動系統的參數匹配對于汽車的動力性和經濟性有著舉足輕重的作用。通過對純電動車傳動系統參數的合理匹配，實現車輛動力性與經濟性的雙重提升。這不僅可以改善車輛的加速性能、最高車速和爬坡能力，還可以提高車輛的續航里程和降低使用過程中的能耗費用。此外，通過對參數的合理匹配，車輛在降低自重的同時，也可以提高經濟性。通過對純電動汽車傳動系統的研究，對其參數匹配和優化計算的方法進行了探討。

關鍵詞：純電動汽車 傳動系統 參數匹配 CRUISE

1 純電動汽車的傳動系統組成

由中央控制單元、驅動控制器、驅動電動機、機械傳動裝置等組成的純電動汽車傳動系統。純電動車仍保留加速踏板、剎車踏板和相關手柄或按鈕，以適應駕駛者的傳統操作習慣。而在純電動車上則是通過將加速踏板、制動踏板的機械位移量向中控單元輸入相應的電信號，從而達到控制汽車的目的。對于變速桿，為了遵循駕駛者的傳統習慣，一般還是需要保留的，以開關信號的方式傳遞到中控單元，控制汽車前進、停車、倒車，這三個最常見的擋位有空擋、前進、例擋。

2 純電動汽車傳動系統參數匹配設計

在對市場上眾多純電動車型進行深入分析，并結合用戶喜好、設計哲學和氣候多樣性的仔細評估后，確定了車輛的關鍵性能指標。

2.1 電機參數匹配

2.1.1 根據最高車速來確定電動機功率

式中，M為整車質量（kg）；f為滾動阻力系數；為迎風阻力系數；A為迎風面積（m2）；為最高行駛車速（km/h）；為傳動系統總效率。

將M=2030kg；f=0.013；=0.32；A=2.3m2；=180km/h；=0.92代入式3-1中，得=77.89kw

2.1.2 根據汽車爬坡情況決定電機功率

式中，為汽車的爬坡角；為爬坡時的恒定速度（km/h）。

將=arctan40%=21.80°；=40km/h代入式3-2中得=81.98kw

2.1.3 根據電動車的加速性能決定電動機的功率大小

式中，為加速的目標速度（km/h）；為汽車旋轉質量換算系數；tm為加速時間；dt=0.1s；擬合系數x=0.5。

將=100km/h；=1.05；tm代=9s入得=125.68kw

電動機的功率大小應能同時滿足車輛對最高車速、加速度及爬坡度的要求。即：

式中，為電機的額定功率（kw）；電機的峰值功率（kw）。

通過上面計算得，=125.68kw

驅動電機的峰值功率和額定功率之間有如下直接的關系：

式中，λ為電機過載系數，取值為2～3，本論文中取值為2。

通過計算得，=75kw

2.2 電機轉速

本文根據車輛的最高速度和電動機的功率選取交流感應式電動機，考慮到一定的冗余量，擬將該款電動機的最高速度選為選15000 r/min。

電動機額定轉速與電機的轉速峰值之間的關系如下，關系式為

β一般選2<β<4本文取3.5。

經過計算，得=4286 r/min。

2.3 電機扭矩匹配

式中，電機額定轉矩（N·m）；電機的最大轉矩（N·m）。

經過計算，得=167.13N·m，取=168N·m；=334.25N·m，取=335N·m。

2.4 減速器參數匹配

2.4.1 傳動比的上限值確定

式中，為主減速器的傳動比；變速器的傳動比。

經過計算，得。

2.4.2 傳動比的下限值確定

經過計算，得。

通過上述計算，可得，所以本文取i=11.2。

2.5 動力電池參數匹配

2.5.1 電池能量

符合續駛里程要求的目標車輛性能指標

式中，為等速行駛速度（km/h）；L行駛里程（km）；DOD為電池放電深度；為電機效率；為放電效率；為電池總能量；為汽車附件能量消耗比例系數。

將=60km/h；L=400km；DOD=0.90；=0.9；=0.9；=0.1代入，得≥79.34kw·h。

2.5.2 電池容量

Um為電池組的額定電壓350V，計算得CE≥226.70A.h，動力電池選用額定電壓3.2V、額定容量60Ah，4芯并聯，選擇110組電池包串聯成整塊電池板。總電壓=3.2×110=352V，總電量=320×60×4/1000=84.48kWh。

3 基于CRUISE的整車建模及傳動比優化分析

3.1 整車模型搭建（見圖1）

3.2 整車動力性仿真結果

3.2.1 最高車速

從圖２中可以看出，電動車的實際最高時速達到了 186Km/h，完全可以滿足電動車在設計時對最高車速的要求。

3.2.2 加速性能（見圖３）

全車百公里加速時間為9.52s，是根據加速性能模擬結果得出的。在設計時完全符合電動車對整車加速表現的要求。

3.2.3 爬坡性能

通過仿真成績可以看出，整車爬坡度在20km/h時為41.58%，而整車速度達到40km/h，全車爬坡高度是41.39%。設計時對爬坡的設計要求，與電動汽車的要求是完全一致的。

3.2.4 續航里程

從仿真圖中可以看出，在以60km/h的速度勻速行駛的情況下，測試的電動汽車在電池電量耗盡前能夠行駛大約485.21km，這個續航里程超過了最初設定的目標400km。

4 優化

本文根據通過不同工況下的續航里程來進行優化。

4.1 NEDC工況

NEDC （New European Driving Cycle）工況是歐洲續航標準測試工況，最新的是1997年版本，包含4個市區循環和1個郊區循環。其中市區工況共780秒，最高車速50km/h；郊區工況400秒，最高車速120km/h，見圖６。

4.2 WLTC工況

WLTC（WorldwideHarmonized Light Vehicles TestCycle），是由聯合國制定，誕生于2017年的測試標準，用于確定傳統和混合動力汽車的污染物水平、二氧化碳排放量、油耗水平以及純電動汽車和混合動力汽車的純電動續航里程，包括30%的城市道路，33%的鄉村道路，以及33%的高速公路駕駛循環，見圖７。

NEDC工況多數處于勻速行駛狀況，速度-時間曲線十分規則屬于穩態的工作范疇。WLTC相較于NEDC模擬出的工況更多，還考慮了剎車、短暫停車的情況更加符合實際行駛環境參考意義更大。

5 結論

總結前文，文章采用了cruise軟件進行研究，并有效地得出了預期的研究結論。此外，仿真分析的成果進一步證明了本文所提仿真模型在純電動汽車動力參數匹配、設計及性能研究方面的實用價值。

參考文獻：

[1]衛騰達.純電動汽車傳動系統參數匹配及優化研究[D].長春：吉林大學，2022.

[2]朱志亮.純電動汽車動力參數匹配優化及再生制動策略研究[D].福州：福建工程學院，2022.

[3]劉博.純電動汽車傳動系統的參數匹配及優化研究[D].長春：長春工業大學，2021.